[发明专利]一种基于频分复用技术的高频振动测量分布式光纤传感系统

说明书

本发明公开了一种基于频分复用技术的高频振动测量分布式光纤传感系统。将相位敏感光时域反射系统与马赫曾德尔干涉仪结构结合，利用相位敏感的光时域反射技术进行定位，用马赫曾德尔干涉仪实现高频振动测量，并采用频谱映射的方法将振动位置和振动频率对应起来形成基于频分复用技术的高频振动测量分布式光纤传感系统。实现更长距离的传感；在简单时序控制和解调方法的基础上解决了系统定位信噪比受频率测量灵敏度影响的问题；去除了系统在测量频带上存在的频率盲区；实现了高频多点振动的定位和频率测量。本装置工作稳定，在多次测量中都能准确的测量出振动的位置和频率。在低造价的情况下实现了多点高频振动的准确定位和频率测量。

技术领域

本发明涉及的是分布式光纤传感技术——相位敏感光时域反射技术和马赫曾德尔干涉仪结构进行结合实现高频多点振动的测量。

背景技术

分布式光纤传感技术在近年来，随着油气管道、高铁、大型建筑等的高速发展，其安全越来越受到各界关注，而分布式光纤传感技术由于其本身大量的优点，使得其成为长距离、恶劣环境下进行外界信息感知的关键技术。而相位敏感的光时域反射技术正是分布式光纤传感技术大家庭中的一员，其主要功能是用来测量外界扰动、入侵等，不仅能对其进行定位还能测量其扰动频率。但是该技术在测量扰动频率时，系统所能响应的最大频率受到传感距离的限制，传感距离越长，其所能响应的最高频率就越低。因为这个缺点，使得其在很多既需要进行事件定位又需要实现事件类型识别(事件频率)的场合失效。相位光时域反射技术可以实现多点定位，但是对于频率较高的扰动，该技术不能实现准确测量；而马赫曾德尔干涉仪能响应的扰动频率仅受到数据采集设备的采样率，系统能响应的扰动频率高达兆赫兹甚至吉赫兹。因此，将这两种技术进行结合可以实现高频扰动的定位和频率的准确测量。目前将该二者进行结合的主要有两个系统：1、基于脉冲调制融合型传感系统；该系统能够实现高频振动的测量，但是仍然存在个缺点：(1)系统定位信噪比随着系统振动频率灵敏度的增加而降低；(2)系统在测量频带上存在一个频率盲区；(3)系统能够实现高频多点振动的定位和频率测量，但是不能将所测得的频率与振动位置对应起来。2、基于时间复用技术的融合型传感系统；(1)该系统解决了上面系统中存在的定位信噪比随测量频率灵敏度的增加而降低的问题，但是系统结构更加复杂，时序控制和信号解调更加复杂；(2)系统频率测量中的盲区仍然存在；(3)多点高频测量仍然不能实现一一对应。

发明内容

鉴于现有的相位光时域反射技术和马赫曾德尔干涉仪结合的系统的不足，本发明的目的是提出一种结构实现二者的结合，并且解决以上背景中系统提到的问题，(1)系统采用频分复用技术，并结合相干探测接收技术，实现更长距离的传感；(2)在简单时序控制和解调方法的基础上解决了系统定位信噪比受频率测量灵敏度影响的问题；(4)去除了系统在测量频带上存在的频率盲区；(5)通过频谱映射方法将所测得的频率与振动位置对应起来，实现了高频多点振动的定位和频率测量。

本发明的目的是基于如下分析提出方案和实现的：

一种基于频分复用技术的高频振动测量分布式光纤传感系统，光路采用三路光信号，一路连续光用作马赫曾德尔干涉仪的探测光；中间一路光通过声光调制器进行移频和脉冲调制后用作相位光时域反射技术的探测光；第三路光用作本地光与上面两路光信号结合实现相干探测。电路则利用不同通带的电滤波器将相位光时域反射结构的信号和马赫曾德尔干涉仪结构获得的信号分离开来。然后，经过低通滤波器的马赫曾德尔干涉仪所获得的信号经过采集后直接进行快速傅里叶变换以获取信号频率；另外一路通过带通滤波器的信号则经过采集后进行自混频解调：